一種機械共振檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械共振技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種機械共振檢測裝置及防止機械共振的方法，應(yīng)用于變頻調(diào)速的電機驅(qū)動系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]在變頻調(diào)速的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，產(chǎn)生的機械共振對系統(tǒng)的機械和結(jié)構(gòu)有很大的破壞作用，輕則造成設(shè)備故障、系統(tǒng)損壞，重則釀成安全事故。
[0003]目前，上述系統(tǒng)中為防止機械共振，通常采用以下兩種方法:一種方法是改變系統(tǒng)機械和結(jié)構(gòu)，使機械系統(tǒng)固有頻率避開激勵頻率；另一種方法是使變頻器激勵頻率跳過機械系統(tǒng)固有頻率，使系統(tǒng)快速通過共振區(qū)。
[0004]其中，第二種方法是變頻器防止系統(tǒng)共振的常用方法:在系統(tǒng)調(diào)試過程中，記錄下系統(tǒng)共振時變頻器輸出頻率，通過軟件設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使變頻器工作跳過相應(yīng)的頻率，即系統(tǒng)共振時變頻器輸出頻率。
[0005]然而，在變頻器測試系統(tǒng)中，由于被測設(shè)備不同，系統(tǒng)機械固有頻率不同，這樣，采用軟件設(shè)置相關(guān)參數(shù)較為費時，不靈活，而且系統(tǒng)適應(yīng)能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有的變頻器防止系統(tǒng)共振的缺點，提供一種機械共振檢測裝置及方法。
[0007]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是提供了一種機械共振檢測裝置，其特征在于，包括傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、MCU、接口單元及用于為所述傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元及MCU供電的電源單元，其中:所述傳感器的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，且所述傳感器包括根據(jù)采樣的加速度值生成電流信號的單軸壓電模擬加速度計；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入端與所述傳感器的輸出端連接，并將來自所述傳感器的所述電流信號轉(zhuǎn)換成頻率脈沖信號；所述MCU用于根據(jù)所述頻率脈沖信號計算出振動受測體的系統(tǒng)振動參數(shù)，并在所述系統(tǒng)振動參數(shù)滿足預(yù)設(shè)的共振觸發(fā)條件時，通過所述接口單元輸出振動受測體的共振頻率。
[0008]在上述機械共振檢測裝置中，所述單軸壓電模擬加速度計的最大量程為200g，且安裝諧振頻率大于3KHz。
[0009]在上述機械共振檢測裝置中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括將所述電流信號轉(zhuǎn)換成所述頻率脈沖信號的電流/頻率轉(zhuǎn)換器。
[0010]在上述機械共振檢測裝置中，所述MCU將所述頻率脈沖信號還原成采樣的加速度值，并根據(jù)采樣的加速度值計算出振動受測體的系統(tǒng)振動參數(shù)。
[0011]在上述機械共振檢測裝置中，所述接口單元包括分別與所述MCU連接的RS485總線、CAN接口和開關(guān)電路，所述RS485總線和所述CAN接口預(yù)設(shè)振動受測體的共振觸發(fā)條件，在所述系統(tǒng)振動參數(shù)滿足所述共振觸發(fā)條件時，使所述開關(guān)電路導(dǎo)通，輸出振動受測體的共振頻率。
[0012]本發(fā)明還提供了一種機械共振檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013](a)通過單軸壓電模擬加速度計采樣振動受測體的加速度值，并根據(jù)所述加速度值生成電流信號；
[0014](b)將所述電流信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)頻率脈沖信號；
[0015](C)根據(jù)所述頻率脈沖信號計算系統(tǒng)振動參數(shù)；
[0016](d)在所述系統(tǒng)振動參數(shù)滿足預(yù)設(shè)的共振觸發(fā)條件時，輸出振動受測體的共振頻率。
[0017]在上述機械共振檢測方法中，在所述步驟(a)中，所述單軸壓電模擬加速度計的最大量程為200g，安裝諧振頻率大于3KHz。
[0018]在上述機械共振檢測方法中，在所述步驟(b)中，通過電流/頻率轉(zhuǎn)換器將所述電流信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)頻率脈沖信號。
[0019]在上述機械共振檢測方法中，所述步驟(C)具體包括:
[0020]將所述頻率脈沖信號還原成采樣的加速度值，并計算出加速度幅值和第一頻率；
[0021]根據(jù)所述加速度幅值和所述第一頻率，擬合加速度正弦曲線；
[0022]根據(jù)所述加速度正弦曲線，對采樣的加速度值進行濾波，并積分，獲得振動速度曲線，并計算出速度幅值和第二頻率；
[0023]根據(jù)所述第一頻率和所述第二頻率，并結(jié)合最小二乘法，迭代計算出振動頻率；
[0024]根據(jù)所述振動頻率和所述振動速度曲線，獲得振動位移曲線，并計算出位移幅值。
[0025]在上述機械共振檢測方法中，在所述步驟(d)中，通過RS485總線和CAN接口預(yù)設(shè)所述共振觸發(fā)條件，在所述系統(tǒng)振動參數(shù)滿足所述共振觸發(fā)條件時，使開關(guān)電路導(dǎo)通，輸出振動受測體的共振頻率。
[0026]本發(fā)明可以實時獲取振動受測體的振動數(shù)據(jù)，并可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和特性設(shè)置相應(yīng)的共振觸發(fā)條件，提前預(yù)判共振頻率，通過開漏端口反饋給變頻器系統(tǒng)。變頻器通過觸發(fā)反饋作出停機或跳過該頻率運行等控制防止共振產(chǎn)生。在變負載或結(jié)構(gòu)改變等引起的機械固有頻率改變的系統(tǒng)中，使用本發(fā)明的機械共振檢測裝置優(yōu)勢明顯。同時也可單獨作為防止系統(tǒng)機械振動的裝置。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實施例的機械共振檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0028]圖2是本發(fā)明實施例的機械共振檢測方法的流程圖。
[0029]圖3是本發(fā)明實施例中的MCU處理數(shù)據(jù)的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]如圖1所示，為本發(fā)明實施例的機械共振檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖。在本實施例中，機械共振檢測裝置應(yīng)用于變頻器系統(tǒng)，包括傳感器101、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102、MCU 103、接口單元104及電源單元105，其中，電源單元105分別與傳感器101、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102及MCU103連接，用于為傳感器101、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102及MCU 103供電。
[0032]傳感器101的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102的輸入端連接，用于采樣振動受測體的加速度值的電流信號，包括單軸壓電模擬加速度計，該加速度計的最大量程為200g，安裝諧振頻率大于3KHz，且該加速度計耐振動沖擊。
[0033]模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102包括電流/頻率轉(zhuǎn)換器，其輸入端與傳感器101的輸出端連接，用于將采樣的加速度值的電流信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率脈沖信號。
[0034]MCU 103的輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102的輸出端連接，用于將頻率脈沖信號還原成加速度值，并對加速度值進行修正，計算處理得出振動受測體的振動參數(shù)，例如，振動頻率、振幅、加速度和速度等信息。
[0035]接口單元104包括RS485總線、CAN接口和開關(guān)電路(圖中未示出)，分別與MCU103連接，其中，RS485總線、CAN接口用于根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和特性預(yù)設(shè)振動受測體的共振觸發(fā)條件，并按照額定頻率，不間斷地，以數(shù)據(jù)幀方式輸出振動受測體的相關(guān)參數(shù)，即振動參數(shù)，該相關(guān)參數(shù)包括振動受測體的振幅、加速度、速度、振動頻率等信息；開關(guān)電路外接變頻器系統(tǒng)，用于向變頻器系統(tǒng)反饋MCU計算處理得出的數(shù)據(jù)。
[0036]在本實施例中，共振觸發(fā)條件包括振幅閾值，加速度閾值，速度閾值，在振動受測體的相關(guān)參數(shù)滿足共振觸發(fā)條件時，使開關(guān)電路導(dǎo)通，將此時的振動受測體的振動相關(guān)參數(shù)反饋給變頻器系統(tǒng)，振動相關(guān)參數(shù)包括振動頻率，即振動受測體的共振頻率，將振動受測體的共振頻率反饋給變頻器系統(tǒng)即輸出振動受測體的共振頻率，以達到預(yù)判共振頻率的目的，變頻器系統(tǒng)則觸發(fā)反饋作出停機或跳過該頻率運行等，以達到控制防止共振產(chǎn)生的目的。
[0037]在本實施例中，優(yōu)選地，上述開關(guān)電路為電驅(qū)動的開關(guān)電路，包括N溝道場效應(yīng)管，且其漏極開路，但上述開關(guān)電路并不限于此，還可以包括P溝道場效應(yīng)管。
[0038]可以理解，在本實施例中的機械共振檢測裝置的接口單元104輸出振動受測體的相關(guān)參數(shù)，因此該裝置也可以作為防止系統(tǒng)機械振動的測量裝置。
[0039]如圖2所示，為本發(fā)明實施例的機械共振檢測方法的流程圖。該方法用于變頻器系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0040]S21、通過傳感器采樣振動受測體的加速度值，根據(jù)該采樣的加速度值生成電流信號;
[0041]在此步驟中，傳感器包括單軸壓電模擬加速度計，該加速度計的最大量程為200g，安裝諧振頻率大于3KHz。
[0042]S22、將上述采樣的加速度值的電流信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)頻率脈沖信號；
[0043]在此步驟中，可以通